高中物理粤教版 (2019)必修 第三册第三节 电场 电场强度背景图课件ppt
展开一、电场 电场强度1.填一填(1)电场:电荷周围存在_____,电荷之间的相互作用力是通过_____发生的,静止场源电荷在其周围产生的电场,即________。(2)基本性质:对放入其中的______有作用力。(3)试探电荷:电量和_____足够小的电荷,放入电场后不影响原电场的分布。(4)电场强度。①定义:放入电场中某点处的试探电荷受到的_________与它的_______之比,简称场强,用字母E表示。
3.选一选在电场中某点,当放入正电荷时正电荷受到的电场力方向向右;当放入负电荷时负电荷受到的电场力方向向左,则下列说法中正确的是 ( )A.当放入正电荷时,该点场强方向向右;当放入负电荷时,该点场强方向向左B.该点场强方向一定向右C.该点场强方向一定向左D.该点场强方向可能向右,也可能向左解析:电场中某一点的场强方向取决于电场本身,其方向与放在该点的正电荷的受力方向一致,与负电荷的受力方向相反,故B正确。答案:B
3.选一选在点电荷形成的电场中,其电场强度( )A.电场中各点处处相等B.与场源电荷等距的各点的电场强度都相等C.与场源电荷等距的各点的电场强度的大小都相等,但方向不同D.场中各点的电场强度与该点至场源电荷的距离r成反比
三、电场线1.填一填(1)电场线:用来形象直观地描述电场的曲线,曲线上每一点的_____方向都和该处的场强方向一致。(2)特点。①电场线是为了形象描述电场而______的线,实际并不存在。②任意两条电场线不相交。③电场线的疏密程度反映了场强的__________。④电场线从________或________出发,终止于无限远或_______。⑤匀强电场的电场线是间隔距离相等的_________。
2.判一判(1)电场线、电场都是真实存在的。( )(2)电场线的疏密表示场强的大小,没画电场线的地方,场强为零。( )(3)电荷在电场中运动,其运动轨迹不一定与电场线重合。( )
3.选一选取一个铜质小球置于圆形玻璃器皿中心,将蓖麻油和头发碎屑置于玻璃器皿内拌匀。用起电机使铜球带电时,铜球周围的头发碎屑会呈现如图所示的发散状图样。下列说法正确的是 ( )A.电场线是真实存在的B.发散状的黑线是电场线C.带电铜球周围存在着电场D.只在发散状的黑线处存在着电场解析:电场线是人们为了形象地描述电场而引入的线,不是真实存在的,故A、B错误;带电铜球周围都存在电场,故C正确,D错误。答案:C
探究(一) 对电场强度的理解和应用[问题驱动]一个带正电的物体,与系在丝线上的带电小球之间会产生电场力。试结合情景,讨论下列问题:
(1)如图所示,电荷A、B间的相互作用是如何产生的?提示:电荷A对电荷B的作用力,就是电荷A产生的电场对电荷B的作用力;反之,电荷B对电荷A的作用力,就是电荷B产生的电场对电荷A的作用力。(2)电场的基本性质是什么?提示:电场的基本性质就是对处在其中的其他电荷会产生力的作用。
在真空中O点放一个点电荷Q=+1.0×10-9 C,直线MN通过O点,OM的距离r=30 cm,M点放一个试探电荷q=-1.0×10-10 C,如图所示。求:(1)q在M点受到的作用力;(2)M点的电场强度;(3)拿走q后M点的电场强度;(4)M、N两点的电场强度哪点大?解析:根据题意,Q是场源电荷,q为试探电荷,为了方便,只用电荷量的绝对值计算。静电力和电场强度的方向可通过电荷的正、负判断。
答案:(1)1.0×10-8 N,沿MO指向Q(2)100 N/C,沿OM连线背离Q(3)100 N/C,沿OM连线背离Q(4)M点
计算电场强度的三种方法
解析:某点的电场强度的方向总是跟在该点正电荷所受的静电力的方向相同,与负电荷所受的静电力的方向相反,故A错误;电场中的场强取决于电场本身,与有无试探电荷无关,如果把试探电荷q拿走,则这一点的电场强度不变,故B错误;场强大小取决于电场本身,与放入电场中的电荷的电荷量无关,故C错误;由F=qE知,对同一试探电荷,E越大,F越大,D正确。答案:D
[重难释解](1)电场强度是矢量,当空间的电场由多个电荷共同产生时,计算空间某点的电场强度时,应先分析每个电荷单独在该点所产生的场强的大小和方向,再根据平行四边形定则求合场强的大小和方向。(2)比较大的带电体产生的电场,可以把带电体分解为若干小块,每一个小块看作一个点电荷,用电场叠加的方法计算。
[选自鲁科版新教材“例题”]如图所示,有两个相距l的等量异种点电荷-q和+q。O点为两点电荷连线的中点,P为连线延长线上的一点,与O点相距r。试求P点的电场强度。[解题指导] 根据场强叠加原理,P点处的电场强度等于两个点电荷在该处电场强度的矢量和。两个点电荷的电荷量大小相等,P点到+q的距离小于到-q的距离,由点电荷的电场强度公式可知,+q在P点的电场强度大于-q在P点的电场强度,合场强的方向与+q在该点电场强度的方向相同。
[讨论] 若P点到中心O点的距离r远大于两点电荷间距l,则P点的电场强度多大?
运用场强叠加原理进行矢量运算,与力学中进行矢量运算的方法相同。一般是先确定相关物理量的大小和方向,再根据矢量运算法则进行计算。
[迁移·发散]如果条件不变,请计算图中两个等量异种点电荷连线的中垂线上与O点距离为r的M点的电场强度。
电场强度的求法(1)合成法:电场强度是矢量,合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则);对于同一直线上电场强度的合成,可先规定正方向,进而把矢量运算转化成代数运算。(2)对称法:对称法实际上就是根据某些物理现象、物理规律、物理过程或几何图形的对称性进行解题的一种方法,利用此方法分析和解决问题可以避免复杂的数学演算和推导,直接抓住问题的实质,有出奇制胜之效。(3)微元法:微元法就是将研究对象分割成若干微小的单元,或从研究对象上选取某一“微元”加以分析,从而可以化曲为直,使变量、难以确定的量转化为常量、容易确定的量。
[素养训练]1.如图所示,在正方形四个顶点分别放置一个点电荷,所带电荷量已在图中标出,则下列四个选项中,正方形中心处电场强度最大的是 ( )
2.(2022·浙江1月学考)如图所示,A、B、C、D是水平直线上的4个点,相邻两点间距均为r。在A点和B点放有电荷量均为Q的正点电荷,则它们间的库仑力大小为________,A处点电荷在C点产生的电场强度大小为__________,A、B两处点电荷在C点的合场强方向为________(选填“水平向左”“水平向右”“竖直向上”或“竖直向下”)。当D点放了电性为________(选填“正”或“负”)的点电荷后,C点的电场强度可能为0(静电力常量为k)。
探究(三) 对电场线的理解和应用[问题驱动] (1)为了形象地描述电场,法拉第引入了电场线的概念。电场线是真实存在的吗?提示:电场线实际上不存在。(2)电场线是如何表示电场方向和强弱的?提示:在电场中,电场线某点的切线方向表示该点电场强度的方向;电场线的疏密表示电场强度的相对大小,电场强度较大的地方电场线较密,反之较疏。
(3)点电荷、等量异种点电荷、等量同种点电荷及匀强电场的电场线是如何分布的?提示:
[重难释解](1)电场线是为了形象地描述电场而假想的线,实际上是不存在的。(2)电场线每点的切线方向与该点的电场强度方向相同。(3)几种特殊的电场线分布,如图所示。
(多选)如图所示为真空中两点电荷A、B形成的电场中的部分电场线,已知该电场线关于图中虚线对称,O点为A、B两点电荷连线的中点,a、b为A、B两点电荷连线的中垂线上关于O点对称的两点,则下列说法中正确的是( )A.A、B可能为等量同种正点电荷B.A、B可能为电荷量不相等的正电荷C.a、b两点处无电场线,故其电场强度可能为零D.同一试探电荷在a、b两点处所受的静电力大小相等,方向相反
[解析] 根据电场线的特点,从正电荷出发到负电荷终止可以判断,A、B是两个等量同种正点电荷,故A正确,B错误;电场线只是形象描述电场的假想曲线,a、b两点处虽然没画电场线,但电场强度不为零,故C错误;在a、b两点处场强大小相等方向相反,则同一试探电荷所受静电力大小相等,方向一定相反,故D正确,故选A、D。[答案] AD
[多选]某静电场中的电场线如图所示,带电粒子在电场中仅受电场力作用,其运动轨迹如图中虚线所示,由M点运动到N点,以下说法正确的是 ( )A.粒子必定带正电荷B.粒子在M点的加速度大于它在N点的加速度C.粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度D.粒子在M点的动能小于它在N点的动能[解题指导] (1)根据电场线的疏密判断加速度的大小关系。(2)根据轨迹的弯曲方向判断电场力的方向。
解析:根据带电粒子运动轨迹弯曲的情况,可以确定带电粒子受电场力的方向沿电场线方向,故带电粒子带正电,A选项正确;由于电场线越密,场强越大,带电粒子受电场力就越大,根据牛顿第二定律可知其加速度也越大,故带电粒子在N点加速度大,B选项错误,C选项正确;粒子从M点到N点,所受电场力方向与其速度方向夹角小于90°,速度增加,故带电粒子在N点动能大,故D选项正确。 答案:ACD
确定带电粒子在电场中运动轨迹的思路(1)确定电场方向:根据电场强度的方向或电场线的切线方向来确定。(2)确定带电粒子受力方向:正电荷所受电场力方向与电场方向相同,负电荷所受电场力方向与电场方向相反。(3)确定带电粒子运动轨迹:带电粒子的运动轨迹向受力方向偏转。
[素养训练]1.正点电荷电场分布如图,A、B是电场线上的两个点,且A处于B和点电荷连线上的中点上。关于A、B两点的电场强度EA、EB大小的关系,下列说法正确的是 ( )A.EA=EB B.EA
解析:根据带电粒子的运动轨迹可知,带电粒子所受电场力的方向跟电场线共线,指向曲线弯曲的内侧,由此可知,带电粒子与场源电荷电性相反,选项A错误;a点电场线比b点处密,所以a点电场强度较大,带电粒子在a点所受电场力较大,选项B正确;假设带电粒子由a点运动到b点,所受电场力方向与速度方向之间的夹角大于90°,电场力做负功,带电粒子的动能减少,速度减小,即Eka>Ekb,va>vb,同理可分析带电粒子由b点运动到a点时也有Eka>Ekb,va>vb,故选项C正确,D错误。答案:BC
一、培养创新意识和创新思维1. [选自人教版新教材课后习题]某一区域的电场线分布如图所示。A、B、C是电场中的三个点。(1)哪一点的电场强度最强,哪一点的电场强度最弱?(2)画出各点电场强度的方向。(3)把负的点电荷分别放在这三个点,画出它所受静电力的方向。
2. [多选]如图所示,M、N是椭圆的左右顶点,E、F是上下顶点,O点是中心,P、Q、R、S是椭圆上的四个点,且P与Q、R与S的连线均过O,P、S关于MN对称。若在点M、N分别放一个等量异种点电荷,图中各点中电场强度大小相等方向相同的两点有 ( )A.E与F B.P与RC.R与S D.R与Q解析:由等量异种点电荷电场线分布可知,E与F两点电场强度大小相等,方向相同,故A正确;由等量异种点电荷电场线分布可知,P与R两点电场强度大小相等,方向不相同,故B错误;由等量异种点电荷电场线分布可知,R与S两点电场强度大小相等,方向相同,故C正确;由等量异种点电荷电场线分布可知,R与Q两点电场强度大小相等,方向不相同,故D错误。
二、注重学以致用和思维建模
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